DE10327755A1 - Aluminum fin material for heat exchangers and heat exchangers made using the fin material - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher, das eine Dicke von 80 mum (0,08 mm) oder weniger aufweist und sich auszeichnet durch eine sehr gute Verbindung zu einem Rohrmaterial und durch einen verbesserten interkristallinen Korrosionswiderstand. Das Aluminiumrippenmaterial besteht aus einem blanken Aluminiumrippenmaterial oder einem Lotrippenmaterial, das eine Dicke von 80 mum oder weniger aufweist und in einen Aluminiumwärmetauscher durch Hartlöten mit einem Al-Si-Lotmaterial integriert ist. Die Struktur des Kennmaterials vor dem Hartlöten ist faserig und der Kristallkorndurchmesser der Struktur nach dem Löten beträgt 50 bis 250 mum. Die Siliziumkonzentration in einer Siliziumlösungszone beträgt an der Oberfläche des Rippenmaterials nach dem Löten vorzugsweise 0,8 Gew.-% oder mehr und im Zentrum des Rippenmaterials 0,7 Gew.-% oder weniger.The present invention relates to an aluminum fin material for heat exchangers, which has a thickness of 80 mum (0.08 mm) or less and is distinguished by a very good connection to a tube material and by an improved intergranular corrosion resistance. The aluminum fin material is made of a bare aluminum fin material or a solder fin material that is 80 µm or less in thickness and is integrated into an aluminum heat exchanger by brazing with an Al-Si solder material. The structure of the identification material before brazing is fibrous and the crystal grain diameter of the structure after brazing is 50 to 250 mum. The silicon concentration in a silicon solution zone is preferably 0.8% by weight or more at the surface of the fin material after soldering and 0.7% by weight or less in the center of the fin material.
Description
Die Erfindung betrifft ein Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher mit einer Dicke von 80 μm oder weniger, das Bestandteil eines Wärmetauschers aus einer Aluminiumlegierung ist, der durch Hartlöten mittels einer Al-Si-Logierung hergestellt wurde, sowie einen Wärmetauscher, hergestellt unter Verwendung des Rippenmaterials.The invention relates to an aluminum rib material for heat exchangers with a thickness of 80 μm or less, the component of an aluminum alloy heat exchanger is that by brazing was produced by means of Al-Si logging, as well as a heat exchanger, made using the rib material.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher, hergestellt aus einer Aluminiumlegierung, der aus einer Verbindung der Rippe mit einem Rohrmaterial für eine Flüssigkeitsleitung durch einen Hartlötprozess besteht. Zu derartigen Wärmetauschern gehören Radiotoren, Heizgeräte, Ölkühler, Intercooler, Kondensatoren und Verdampfer insbesondere für Autoklimaanlagen. Bei der Verbindung zwischen dem Grundmaterial der Flüssigkeitsleitung und dem Aluminiumrippenmaterial kommt es auf die interkristalline Korrosion und die Qualität des Zusammenfügens an.In particular, the present relates Invention on an aluminum fin material for heat exchangers made from an aluminum alloy made from a connection of the rib with a pipe material for a liquid line through a brazing process consists. To such heat exchangers belong Radiators, heaters, oil coolers, intercoolers, Condensers and evaporators, especially for car air conditioning systems. In the Connection between the base material of the liquid line and the aluminum rib material comes it depends on the intergranular corrosion and the quality of the assembly.
Aluminium-Wärmetauscher aus einer Aluminiumlegierung werden seit langem als Automobilwärmetauscher, z. B. Radiotoren, Heizgeräte, Ölkühler, Intercooler, Verdampfer und Kondensor für Autoklimaanlagen verwendet. Der aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Wärmetauscher wird durch Kombination einer Aluminiumrippe mit einem extrudierten Flachrohr hergestellt, wobei das Flachrohr als Leitungsmaterial für die Kühl- oder Arbeitsflüssigkeit aus einer Aluminiumkupferlegierung, einer Aluminiummanganlegierung, einer Aluminiummangankupferlegierung oder ähnlichen Legierungen hergestellt wurde. Es ist auch möglich ein durch Plattierung mit einer der genannten Verbindungen hergestelltes Rohrmaterial zum Hartlöten zu verwenden, wobei das kombinierte (plattierte) Produkt hartgelötet wird durch Flussmittel-Löten unter Verwendung eines Chlorid-Flussmittels, durch Inertgas-Löten unter Verwendung eines Fluorid-Flussmittels oder durch Vakuumlöten unter Verwendung eines geeigneten Lötmaterials.Aluminum heat exchanger made of an aluminum alloy have long been used as an automotive heat exchanger, e.g. B. radio rotors, Heaters, oil coolers, intercoolers, Evaporator and condenser for Car air conditioners used. The one made of an aluminum alloy heat exchangers is made by combining an aluminum rib with an extruded one Flat tube manufactured, with the flat tube as pipe material for the cooling or working fluid made of an aluminum copper alloy, an aluminum manganese alloy, an aluminum manganese copper alloy or similar alloys has been. It is also possible a prepared by plating with one of the compounds mentioned Pipe material for brazing to be used, whereby the combined (plated) product is brazed by flux soldering using a chloride flux, by inert gas soldering Use a fluoride flux or by vacuum soldering under Use a suitable soldering material.
Als Lotmaterial wird ein Al-Si-Lot verwendet. Das Lotmaterial wird auf die Seite der Fluidleitung oder auf eine der beiden Seiten oder beiden Seiten des Rippenmaterials aufgebracht. Das Rippenmaterial für Wärmetauscher aus Aluminiumlegierungen wird als Opfer-Anode benötigt um die Fluidleitung gegen Korrosion zu schützen und um einen hohen Hochtemperaturbeul-Widerstand (Hochtemperaturdurchbiegungs-Widerstand) zu erreichen, um eine Deformation oder Erosion durch das Lotmaterial während der Hochtemperaturaufheizung für das Hartlöten zu vermeiden.An Al-Si solder is used as the solder material used. The solder material is on the side of the fluid line or on one of the two sides or both sides of the rib material is applied. The rib material for heat exchangers made of aluminum alloy is needed as a sacrificial anode to protect the fluid line against corrosion and a high high-temperature buckling resistance (High temperature deflection resistance) too achieve deformation or erosion from the solder material while the high temperature heating for brazing to avoid.
Zur Lösung derartiger Probleme wurden
bisher Aluminiummanganlegierungen gemäß JIS A3003 und JIS A3203 als
Aluminiumrippenmaterial eingesetzt. In der japanischen Patentveröffentlichung
Nr.
In der japanischen Offenlegungsschrift
Nr.
Seit einigen Jahren wird eine Gewichtsreduktion der Automobilwärmetauscher gefordert, um das Gesamtgewicht der Fahrzeuge weiter zu reduzieren. Um mit dieser Forderung Schritt zu halten, wurde die Dicke des Wärmetauschermaterials reduziert, z. B. bei dem Rippenmaterial und der Fluidleitung (Rohrmaterial). Wenn jedoch das Rippenmaterial auf dem das Lotmaterial aufplattiert ist reduziert wird, wird auch die Menge des zur Lötstelle hin fließenden Lotmaterials reduziert, was zu einer Verknappung führt. Es kann auch zu einem Schmelzüberschuss des Lotmaterials an der Verbindungsstelle kommen.Weight loss has been going on for several years the automotive heat exchanger required to further reduce the total weight of the vehicles. In order to keep up with this requirement, the thickness of the heat exchanger material reduced, e.g. B. in the fin material and the fluid line (pipe material). If however, the rib material on which the solder material is plated is reduced, the amount of solder material flowing to the solder joint is also reduced reduced, which leads to a shortage. It can also lead to excess melt of the solder material come at the junction.
Um bei Wärmetauschern aus Aluminiumlegierungen in dem Rippenmaterial einen Opfer-Anoden-Effekt zu erreichen, wurde überlegt, ein korrosionsanfälliges Rippenmaterial zu entwickeln. Dabei traten allerdings Probleme bei Materialien mit reduzierter Dicke auf, insbesondere bei Aluminiumrippenmaterialien mit einer Dicke von 0,08 mm oder weniger.To heat exchangers made of aluminum alloys In the rib material, a sacrificial anode effect was considered, a corrosion prone To develop ribbed material. Problems did arise, however Materials with reduced thickness, especially with aluminum rib materials with a thickness of 0.08 mm or less.
Bei Rippenmaterialien, bei denen das Lotmaterial aufplattiert ist, kann das geschmolzene Lot in die Korngrenzen eindringen, wobei der Gesamtbereich in der Richtung der Blechdicke betroffen ist. Dadurch dringen die anodischen (weniger edlen) Komponenten bis an die Korngrenzen vor, wodurch eine interkristalline Korrosion auftritt. Wenn eine interkristalline Korrosion in erheblichem Umfange im Rippenmaterial auftritt, wird die Festigkeit des Wärmetauscherkerns herabgesetzt. Bei der Verwendung von blankem Rippenmaterial, bei dem das Lotmaterial nicht aufplattiert ist, durchdringt das Lot auf der Röhrchenseite, die mit dem Rippenmaterial verbunden ist, bis in die Lotzone zwischen dem Röhrchen und der Rippe das Material, wodurch eine interkristalline Korrosion begünstigt wird. Wenn eine interkristalline Korrosion in erheblichem Umfange am Rippenmaterial auftritt wird die Festigkeit des Wärmetauscherkerns herabgesetzt. Deshalb sind Rippenmaterialien mit verbesserten Korrosionswiderständen erforderlich um das Röhrchenmaterial gegen Korrosion zu schützen.For rib materials where the solder material is plated, the molten solder can in the grain boundaries penetrate, the total area in the direction of sheet thickness is affected. This penetrates the anodic (less noble) components to the grain boundaries, causing intergranular corrosion occurs. If intercrystalline corrosion is significant occurs in the fin material, the strength of the heat exchanger core reduced. When using bare rib material, where the solder material is not plated, penetrates the solder the tube side, which is connected to the rib material, into the solder zone between the tube and the rib the material, causing intergranular corrosion favored becomes. If intercrystalline corrosion is significant the strength of the heat exchanger core occurs at the fin material reduced. Rib materials with improved corrosion resistance are therefore required around the tube material protect against corrosion.
Die vorliegende Erfindung ist das Ergebnis von intensiven Studien über die Beziehungen zwischen der Verbindungsfähigkeit zweier Stoffe beim Löten und dem Korrosionswiderstand, insbesondere der interkristallinen Korrosion und den Legierungsbestandteilen, der internen Struktur und den strukturellen Gesetzmäßigkeiten, um ein Aluminiumrippenmaterial zu entwickeln, das die eingangs genannten Probleme bei gleichzeitig reduzierter Dicke des Aluminiumrippenmaterials in der Anwendung auf Wärmetauschern lösen kann und das der Nachfrage nach weiteren Verbesserungen (Gewichtsreduzierungen, Festigkeiten, Verformbarkeiten) genügt.The present invention is the result of intensive studies of the relationships between the Connectivity of two substances during soldering and corrosion resistance, in particular intergranular corrosion and the alloy components, the internal structure and the structural laws, in order to develop an aluminum fin material that can solve the problems mentioned at the same time as the thickness of the aluminum fin material is reduced when used on heat exchangers and that meets the demand for further improvements (weight reductions, strengths, deformability).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher zu entwickeln mit verbesserten Verbindungseigenschaften, um es an einem Rohrmaterial zu befestigen und mit einem verbesserten interkristallinen Korrosionswiderstand, so dass ein Wärmetauscher hergestellt aus einer Aluminiumlegierung unter Verwendung eines Aluminiumrippenmaterials mit überlegenen Eigenschaften erhalten wird.Object of the present invention it is therefore to develop an aluminum fin material for heat exchangers with improved connection properties to attach it to a pipe material to attach and with an improved intergranular corrosion resistance, so a heat exchanger made of an aluminum alloy using a Aluminum rib material with superior Properties is obtained.
Das Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher und der Wärmetauscher nach der vorliegenden Erfindung weist die nachfolgend aufgeführten Merkmale zur Lösung des eingangs gestellten Problems auf:
- 1. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher mit einer Dicke von 80 μm oder weniger, das Bestandteil eines Wärmetauschers aus einer Aluminiumlegierung ist, der durch Hartlöten mittels einer Al-Si-Lotlegierung hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des Rippenmaterials vor dem Hartlöten aus einer Faserstruktur besteht und der Kristallkorndurchmesser der Struktur des Rippenmaterials nach dem Hartlöten 50 bis 250 μm beträgt.
- 2. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenmaterial als Kernmaterial verwendet wird und eine Al-Si-Lotlegierung auf beiden Seiten des Kernmaterials aufplattiert ist.
- 3. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumkonzentration in einer Siliziumlösungszone im Zentrum eines gelöteten Abschnittes des Rippenmaterials 0,7 Gew.-% oder weniger beträgt.
- 4. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumkonzentration in der Lösungszone an der Rippenoberfläche nach dem Löten 0,8 Gew.-% oder mehr und im Zentrum des Rippenmaterials 0,7 % oder weniger beträgt.
- 5. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung besteht die die folgenden Bestandteile in Gew.-% aufweist: 0,8 bis 2,0 % Mn, 0,05 bis 0,8 % Fe, 1,5 oder weniger Silizium, 0,2 % oder weniger Kupfer und 0,5 bis 4 % Zm, Rest Aluminium und Verunreinigungen, wobei die Gehalte an Silizium und Kupfer über 0 % liegen.
- 6. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenmaterial aus einer Aluminiumlegierung besteht, das folgende Legierungselemente in Gew.-% aufweist: 0,8 bis 2,0 % Mn, 0,05 bis 0,8 % Fe, 1,5 % oder weniger Si und 0,5 bis 4 % Zn, Rest Aluminium und Verunreinigungen und ferner gekennzeichnet durch ein Lotmaterial enthaltend 6 bis 13 Gew.-% Silizium, Restaluminium und Verunreinigungen, wobei das Lotmaterial als Plattierung auf jeder Seite des Kernmaterials eine Dicke von 3 bis 20 % der Gesamtdicke gebildet durch das Rippenmaterial und das Lotmaterial aufweist.
- 7. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupfergehalt des Rippenmaterials 0,03 Gew.-% oder weniger beträgt.
- 8. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial 0,03 Gew.-% oder weniger Kupfer und das Lotmaterial 0,1 Gew.-% oder weniger Kupfer enthält.
- 9. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenmaterial weiterhin entweder 0,05 bis 0,3 Gew.-% Zirkon, 0,05 bis 0,3 Gew.-% Chrom oder beide Elemente gemeinsam enthält.
- 10. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial weiterhin entweder 0,05 bis 0,3 Gew.-% Zirkon, 0,05 bis 0,3 Gew.-% Chrom oder beide Bestandteile gemeinsam enthält.
- 11. Aluminiumrippenmaterial für Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6, 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial weiterhin 0,5 bis 6 Gew.% Zink enthält.
- 12. Wärmetauscher, hergestellt durch Verbindung mit einem Aluminiumrippenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Hartlötprozess.
- 1. Aluminum fin material for heat exchangers with a thickness of 80 μm or less, which is part of a heat exchanger made of an aluminum alloy, which was produced by brazing using an Al-Si solder alloy, characterized in that the structure of the fin material before brazing from a fiber structure exists and the crystal grain diameter of the structure of the fin material after brazing is 50 to 250 μm.
- 2. Aluminum fin material for heat exchanger according to claim 1, characterized in that the fin material is used as the core material and an Al-Si solder alloy is plated on both sides of the core material.
- 3. Aluminum fin material for heat exchanger according to claim 1, characterized in that the silicon concentration in a silicon solution zone in the center of a soldered portion of the fin material is 0.7% by weight or less.
- 4. Aluminum fin material for heat exchangers according to claim 2, characterized in that the silicon concentration in the solution zone on the fin surface after soldering is 0.8% by weight or more and 0.7% or less in the center of the fin material.
- 5. aluminum fin material for heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fin material consists of an aluminum alloy which has the following components in wt .-%: 0.8 to 2.0% Mn, 0.05 to 0, 8% Fe, 1.5 or less silicon, 0.2% or less copper and 0.5 to 4% Zm, balance aluminum and impurities, the silicon and copper contents being above 0%.
- 6. aluminum fin material for heat exchanger according to one of claims 2 or 4, characterized in that the fin material consists of an aluminum alloy which has the following alloying elements in% by weight: 0.8 to 2.0% Mn, 0.05 to 0, 8% Fe, 1.5% or less Si and 0.5 to 4% Zn, balance aluminum and impurities and further characterized by a solder material containing 6 to 13 wt .-% silicon, residual aluminum and impurities, the solder material as a plating each side of the core material has a thickness of 3 to 20% of the total thickness formed by the rib material and the solder material.
- 7. aluminum fin material for heat exchanger according to claim 5, characterized in that the copper content of the fin material is 0.03 wt .-% or less.
- 8. Aluminum fin material for heat exchanger according to claim 6, characterized in that the core material contains 0.03 wt .-% or less copper and the solder material 0.1 wt .-% or less copper.
- 9. aluminum fin material for heat exchanger according to one of claims 5 or 7, characterized in that the fin material furthermore either 0.05 to 0.3 wt .-% zirconium, 0.05 to 0.3 wt .-% chromium or both elements together contains.
- 10. Aluminum fin material for heat exchanger according to one of claims 6 or 8, characterized in that the core material furthermore either 0.05 to 0.3 wt .-% zirconium, 0.05 to 0.3 wt .-% chromium or both components together contains.
- 11. Aluminum fin material for heat exchangers according to one of claims 6, 8 or 10, characterized in that the solder material further contains 0.5 to 6% by weight of zinc.
- 12. Heat exchanger produced by connection with an aluminum fin material according to one of claims 1 to 11 in a brazing process.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei erhalten die Absätze folgende Nummerierung: 1. Erläuterung der internen Struktur, 2. Beschreibung des Kristallkorndurchmessers, 3. Bedeutung der Si-Konzentration und 4. Einfluss der Legierungskomponenten des Aluminiumrippenmaterials bei der Herstellung von Wärmetauschern nach der vorliegenden Erfindung.The invention is explained below several embodiments explained in more detail. there get the paragraphs following numbering: 1. Explanation the internal structure, 2. description of the crystal grain diameter, 3. Significance of the Si concentration and 4. Influence of the alloy components of the aluminum fin material in the manufacture of heat exchangers according to the present invention.
1. Beschreibung der internen Struktur1. Description the internal structure
Bei der Anwendung von blankem Rippenmaterial oder bei lötbarem Rippenmaterial mit einer Dicke von 80 μm (0,08 mm) oder weniger kann das Kernmaterial (im weiteren "Rippengrundmaterial" genannt) eine rekristallisierte Struktur aufweisen. Die Festigkeitswerte werden beeinflusst durch die Unterschiede zwischen den Korngrenzen, die eine Vielzahl von Leerstellen aufweisen, und dem inneren der Körner. Dieses bewirkt eine Veränderung der R-förmigen Abschnitte bei der Wellung des Rippenmaterials. Der Zwischenraum zwischen der Rippe und der Kühlmittellleitung vergrößert sich beim Zusammenbau des Kerns (der Rippen mit den Rohren), wobei die Abweichung in der Höhe der Rippen/Kämme ansteigt und dadurch die Anzahl der Verbindungspunkte (Verbindungsrate) während des Hartlötens abfällt. Die Abweichung in der Form während der Wellung und die Abweichung in der Höhe der Rippenkämme wird durch den Innenaufbau (interne Struktur) einer faserigen Rippengrundstruktur vermindert und die Abweichungen in den Festigkeitswerten ebenfalls reduziert, wodurch die Verbindungsrate (Anzahl der Verbindungspunkte) angehoben wird.When using bare rib material or with solderable Rib material with a thickness of 80 μm (0.08 mm) or less can the core material (hereinafter referred to as "rib base material") is recrystallized Have structure. The strength values are influenced by the differences between the grain boundaries that a variety of Have spaces, and the interior of the grains. This causes a change of the R-shaped sections in the corrugation of the rib material. The space between the Rib and the coolant line increases when assembling the core (the fins with the tubes), the Deviation in height the ribs / combs increases and thereby the number of connection points (connection rate) while of brazing drops. The deviation in shape during the curl and the deviation in the height of the rib combs due to the internal structure (internal structure) of a fibrous rib structure reduced and also the deviations in the strength values reduced, which reduces the connection rate (number of connection points) is raised.
2. Kristallkorndurchmesser2. Crystal grain diameter
Nach der bisherigen Auffassung wurde die Vergrößerung des Korndurchmessers des Rippenmaterials nach der Aufheizung auf Löttemperatur (Rekristallisation) als vorteilhaft angesehen um die Eigenschaften des Rippenmaterials zu verbessern, solange nicht eine signifikante Erosion an den Subkorngrenzen auftrat. Diese Erosion trat auf, wenn die Kristallisation unterhalb der Schmelztemperatur des Lotmaterials nicht vollständig ablief. Nach der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, den Innenaufbau der Rippengrundstruktur faserförmig zu gestalten und den Kristallkorndurchmesser in der Rippenstruktur nach dem Löten auf 50 bis 250 μm zu begrenzen. Diese Maßnahme begünstigt die Verbindungsrate der Rippen nach dem Löten sehr wesentlich. Wenn der Kristallkorndurchmesser der Rippengrundstruktur nach dem Löten geringer als 50 μm ist, wächst die Menge an geschmolzenem Lotmaterial an, das in die Korngrenzen eindringt wodurch die Rippen aufgebogen werden. Wenn der Kristallkorndurchmesser über 250 μm liegt, wird ein Zustand der inneren Spannung vor der Lötung erreicht wurde, der bei hohen Temperaturen beibehalten wird. Dieses bedeutet, dass der Deformationsgrad der Rippen anwächst und dadurch die Höhe der Rippen herabgesetzt wird. Dieses wiederum bewirkt eine Verringerung der Verbindungsrate zwischen den Rippen und den rohrförmigen Kühlmittelleitungen. Der Kristallkorndurchmesser der Struktur des Kernmaterials nach dem Löten sollte vorzugsweise zwischen 100 bis 200 μm liegen.According to the previous opinion the enlargement of the Grain diameter of the fin material after heating to soldering temperature (Recrystallization) considered advantageous for the properties of the rib material to improve as long as not a significant one Erosion occurred at the sub-grain boundaries. This erosion occurred when crystallization below the melting temperature of the solder material did not fully expire. According to the present invention, it is important to build the interior the fibrous basic structure shape and the crystal grain diameter in the rib structure after soldering to 50 to 250 μm to limit. This measure favored the connection rate of the ribs after soldering is very essential. If the Crystal grain diameter of the basic rib structure is smaller after soldering than 50 μm is growing the amount of molten solder material in the grain boundaries penetrates causing the ribs to bend open. If the crystal grain diameter is over 250 μm, a state of internal tension before soldering has been reached that at high temperatures is maintained. This means that the degree of deformation the ribs grow and thereby the height the ribs are lowered. This in turn causes a reduction the connection rate between the fins and the tubular coolant lines. The crystal grain diameter according to the structure of the core material soldering should preferably be between 100 to 200 μm.
3. Einfluss der Siliziumkonzentration3. Influence the silicon concentration
Der interkristalline Korrosionswiderstand des Wärmetauscherkerns nach dem Löten wird erheblich verbessert durch Begrenzung der Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone auf der Oberfläche des Rippenmaterials und im Zentrum des Rippenquerschnittes nach dem Löten, solange die Siliziumgehalte im Bereich der durch die Erfindung gegebenen Grenzen liegen. Beim Gebrauch eines Lötrippenmaterials bestehend aus einem Kernmaterial und einer Lötplattierschicht auf dem Kernmaterial wird das Silizium vom Lötmetall während der Aufheizung zum Löten in den Kern diffundieren entlang der Kristallkorngrenzen des Kernmaterials Wenn die Materialstärke der Rippe so dünn wie 0,08 mm oder geringer ist und die Aufheizphase für das Löten verlängert wird, beginnt die Konzentration an Silizium, das vom Lotmetall in den Kern diffundiert, soweit anzusteigen, dass die Löslichkeitsgrenze bei der Aufheiztemperatur für das Löten erreicht wird. Dann wächst die Si-Konzentration entlang der Korngrenzen des Kernmaterials, wodurch ein Bereich mit niedriger Si-Konzentration gebildet wird. Da dieser Bereich mit niedriger Si-Konzentration anodisch (weniger edel) ausgebildet ist verläuft eine interkristalline Korrosion vorzugsweise entlang dieser Korngrenzen in dem Rippenmaterial. Im Fall eines blanken Rippenmaterials tritt dasselbe Phänomen auf wie bei einem plattierten Rippenmaterial, da das Lötmetall auf einer Seite des Rohres an der Verbindungsstelle zwischen dem blanken Rippenmaterial und dem Röhrchen angeordnet ist.The intergranular corrosion resistance of the heat exchanger core after soldering is significantly improved by limiting the silicon concentration in the silicon solution zone on the surface of the rib material and in the center of the rib cross-section soldering, as long as the silicon contents in the range given by the invention There are limits. When using a soldering rib material consisting of a core material and a solder plating layer on the core material, the silicon is removed from the solder during heating for soldering in the Nuclei diffuse along the crystal grain boundaries of the core material if the material thickness the rib so thin such as 0.08 mm or less and the heating phase for soldering is extended, begins the concentration of silicon from the solder metal in the Kern diffuses to the extent that the solubility limit at the heating temperature increases for the Soldering accomplished becomes. Then grows the Si concentration along the grain boundaries of the core material, thereby forming a low Si concentration region. Since this area with low Si concentration is anodic (less noble) is developed intergranular corrosion preferably along these grain boundaries in the rib material. In the case of a bare rib material occurs the same phenomenon on like a clad fin material because the solder on one side of the pipe at the junction between the bare ribbed material and the tube is arranged.
Im Falle eines plattierten Löt-Rippenmaterials wird das Silizium das im Zentrum der Rippendicke angeordnet ist, nur sehr selten entlang der Korngrenzen ausgeschieden, da die Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone an der Oberfläche des Rippenmaterials nach dem Löten auf 0,8 % oder weniger begrenzt ist und die Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone im Zentrum des Rippenmaterials (Querschnittsdicke) nach dem Löten begrenzt ist auf 0,7 oder weniger. Deshalb korrodieren die Korngrenzen an der Oberfläche des Rippenmaterial bevorzugt und die Korrosion in das Innere des Rippenmaterials verläuft in einheitlicher Form, wodurch das Auftreten von interkristalliner Korrosion im Rippenmaterial gesteuert wird. Im Falle einer Rippenmaterialdicke von über 0,08 mm kann eine interkristalline Korrosion nicht auftreten, da Silizium im Lotmaterial nicht in das Innere des Rippenmaterials eindringt.In the case of a plated solder rib material the silicon that is placed in the center of the fin thickness only very rarely excreted along the grain boundaries because of the silicon concentration in the silicon solution zone on the surface of the rib material after soldering is limited to 0.8% or less and the silicon concentration in the silicon solution zone limited in the center of the rib material (cross-sectional thickness) after soldering is at 0.7 or less. Therefore the grain boundaries corrode the surface of the rib material preferred and the corrosion inside the Rib material runs in a uniform form, causing the appearance of intergranular Corrosion in the fin material is controlled. In the case of a rib material thickness from above Intercrystalline corrosion cannot occur 0.08 mm because Silicon in the solder material does not get inside the fin material penetrates.
Bei der Anwendung von blankem Rippenmaterial wird Silizium, das im Zentrum der Rippenmaterialdicke anwesend ist, nur im geringen Maße an den Korngrenzen ausgeschieden, weil die Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone im Zentrum der Rippenmaterialdicke nach dem Löten auf 0,7 % oder weniger begrenzt ist. Deshalb korrodieren die Korngrenzen auf der Oberfläche des Rippenmaterials bevorzugt und die Korrosion bis ins Innere des Rippenmaterials erfolgt als einheitliche Korrosion, wodurch die Erscheinung von interkristalliner Korrosion im Rippenmaterial gesteuert wird. Für den Fall, dass die Rippenmaterialdicke über 0,08 mm liegt, wird Silizium im Lötmaterial nicht bis in das Innere des Rippenmaterials diffundiert und eine interkristalline Korrosion kann deshalb nicht auftreten.When using bare fin material, silicon, which is present in the center of the fin material thickness, is only excreted to a small extent at the grain boundaries because of the silicon concentration in the silicon solution zone at the center of the fin material thickness after soldering is limited to 0.7% or less. Therefore, the grain boundaries on the surface of the fin material corrode preferentially and the corrosion to the inside of the fin material takes place as a uniform corrosion, whereby the appearance of intergranular corrosion in the fin material is controlled. In the event that the fin material thickness is greater than 0.08 mm, silicon in the solder material is not diffused into the interior of the fin material and intercrystalline corrosion can therefore not occur.
4. Einfluss der Legierungskomponenten4. Influence of the alloy components
Im folgenden wird die Bedeutung und die Begründung für die Begrenzung der Legierungskomponenten in der vorliegenden Erfindung detailliert dargestellt.The following is the meaning and the reasoning for the Limitation of the alloy components in the present invention presented in detail.
RippengrundstrukturFin base structure
Mangan in der Rippengrundstruktur verbessert die Festigkeit des Kernmaterials, wodurch der Widerstand gegen Hochtemperaturbeulung angehoben wird. Der Mangangehalt beträgt vorzugsweise 0,8 bis 2,0 %. Wenn Mangan unterhalb von 0,8 % liegt, ist der Effekt ungenügend. Wenn der Mangangehalt über 2,0 % liegt, wird ein grobkristallines Produkt während des Gießens erzeugt, so dass die Walzbarkeit beeinträchtigt wird. Somit ist die Herstellung eines flächigen Materials (Folie, Band) schwierig. Der Mangangehalt sollte immer bevorzugt zwischen 1,0 bis 1,7 % liegen.Manganese in the basic rib structure improves the strength of the core material, increasing the resistance is raised against high-temperature buckling. The manganese content is preferably 0.8 to 2.0%. If manganese is below 0.8%, the effect is insufficient. If the manganese content over Is 2.0%, a coarsely crystalline product is produced during casting, so that the rollability is impaired becomes. Thus, the production of a flat material (film, tape) difficult. The manganese content should always be preferably between 1.0 up to 1.7%.
Eisen in der Rippengrundstruktur tritt immer zusammen mit Mangan auf und verbessert die Festigkeit des Rippenmaterials vor und nach dem Löten. Der Eisengehalt liegt vorzugsweise zwischen 0,05 bis 0,8 %. Bei Eisengehalten unter 0,05 % ist der Effekt ungenügend. Bei Eisengehalten über 0,8 % werden die Kristallkörner verfeinert so dass das geschmolzene Lotmaterial dazu tendiert im Kernmaterial zu erodieren. In der Folge wird die Hochtemperaturbeulbeständigkeit herabgesetzt und die Selbstkorrosion erhöht. Der Eisengehalt liegt bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 0,3 %.Iron in the basic rib structure always occurs together with manganese and improves the strength of the Rib material before and after soldering. The iron content is preferably between 0.05 to 0.8%. With iron contents below 0.05 % the effect is insufficient. With iron contents above The crystal grains become 0.8% refined so that the molten solder material tends to To erode core material. As a result, the high temperature dent resistance reduced and self-corrosion increased. The iron content is preferred in the range of 0.05 to 0.3%.
Silizium im Rippengrundmaterial steht in Verbindung mit Mangan und produziert feine Aluminum-Mangan-Silizium-Verbindungen wodurch die Festigkeit des Rippenmaterials angehoben wird. Darüber hinaus senkt Silizium die Menge an gelöstem Mangan und verbessert die thermische Leitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit. Der Siliziumgehalt liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 1,6 %. Wenn der Siliziumgehalt unter 0,01 % liegt, ist der Effekt ungenügend. Wenn der Siliziumgehalt 1,6 % übersteigt, befindet sich ein großer Anteil des Siliziums in den Korngrenzen und bewirkt die Bildung eines Konzentrationsbereiches an niedrigem Silizium in der Nähe der Korngrenzen, wodurch das Auftreten an interkristalliner Korrosion begünstigt wird. Der Siliziumgehalt liegt daher bevorzugt in den Grenzen von 0,1 bis 0,9 %.Silicon is in the rib base material in conjunction with manganese and produces fine aluminum-manganese-silicon compounds which increases the strength of the rib material. It also lowers Silicon the amount of dissolved Manganese and improves thermal conductivity and electrical conductivity. The silicon content is preferably in the range from 0.01 to 1.6 %. If the silicon content is less than 0.01%, the effect is insufficient. If the silicon content exceeds 1.6%, there is a large proportion of silicon in the grain boundaries and causes the formation of a concentration range of low silicon nearby the grain boundaries, causing the occurrence of intergranular corrosion favored becomes. The silicon content is therefore preferably within the limits of 0.1 to 0.9%.
Kupfer in dem Rippengrundmaterial verstärkt die Festigkeit des Rippenmaterials vor und nach der Lötung. Kupfer führt jedoch auch zu einer Abnahme des interkristallinen Korrosionswiderstandes. Der Kupfergehalt beträgt vorzugsweise 0,2 % oder weniger. Wenn der Kupfergehalt über 0,2 % ansteigt wird das Potential des Rippenmaterials kathodisch, das heißt edler, so dass der Opfer-Anoden-Effekt der Rippe absinkt. Parallel zum Absinken des Opfer-Anoden-Effektes nimmt auch der interkristalline Korrosionswiderstand ab. Deshalb ist der Kupfergehalt vorzugsweise 0,03 % oder weniger und besonders bevorzugt bei 0,01 % oder weniger.Copper in the rib base material reinforced the strength of the rib material before and after soldering. copper leads however also a decrease in the intergranular corrosion resistance. The copper content is preferably 0.2% or less. If the copper content is above 0.2 %, the potential of the fin material becomes cathodic is called noble, so that the sacrificial anode effect of the rib decreases. Parallel to The intergranular effect also decreases in the sacrificial anode effect Corrosion resistance. Therefore the copper content is preferred 0.03% or less, and particularly preferably 0.01% or less.
Durch Zink im Rippengrundmaterial wird das Potential des Kernmaterials weiter anodisch, das heißt weniger edel ausgerichtet, so dass der Opfer-Anoden-Effekt verstärkt wird. Bevorzugt liegt der Zinkgehalt bei 0,5 bis 4,0 %. Wenn der Zinkgehalt unter 0,5 % liegt ist der Opfer-Anoden-Effekt ungenügend. Wenn der Zinkgehalt 4,0 % übersteigt, senkt sich der Selbstkorrosionswiderstand des Kernmaterials und die Empfindlichkeit für interkristalline Korrosion wächst an. Besonders bevorzugt ist ein Zinkgehalt von 1,0 bis 3,0 %.Through zinc in the base material of the ribs the potential of the core material becomes more anodic, that is less elegantly aligned so that the sacrificial anode effect is enhanced. The zinc content is preferably 0.5 to 4.0%. If the zinc content the sacrificial anode effect is insufficient. If the zinc content exceeds 4.0%, reduces the self-corrosion resistance of the core material and the sensitivity to intergranular corrosion is growing on. A zinc content of 1.0 to 3.0% is particularly preferred.
Zirkon und Chrom im Rippengrundmaterial verstärken die Festigkeit des Rippenmaterials vor und nach dem Löten und verbessert die Hochtemperaturbeulfestigkeit. Der Zirkon und der Chromgehalt liegen vorzugsweise bei 0,05 bis 0,3 %. Wenn der Gehalt weniger als 0,05 % beträgt, ist der günstige Effekt auf die Festigkeit und die Widerstandsfähigkeit ungenügend. Wenn der Gehalt über 0,3 % liegt, werden grobe kristalline Produkte während des Gießens erzeugt, wodurch die Walzbarkeit beeinträchtigt ist. Deshalb ist es unter diesen Bedingungen schwierig gutes Walzmaterial herzustellen.Zircon and chrome in the base material strengthen the strength of the rib material before and after soldering and improves high-temperature dent resistance. The zircon and the Chromium content is preferably 0.05 to 0.3%. If the salary is less than 0.05%, is the cheap one Effect on strength and resistance insufficient. If the salary over 0.3%, coarse crystalline products are produced during casting, which affects the rollability is. Therefore, it is difficult to make good rolled material under these conditions manufacture.
Indium, Antimon und Gallium können zum Rippengrundmaterial in einer Menge von 0,3 % oder weniger jeweils hinzugegeben werden. Diese Elemente bewirken, dass das Potential des Rippenmaterials anodisch das heißt weniger edel wird ohne dass die Temperaturleitfähigkeit des Rippenmaterials wesentlich herabgesetzt wird. Dabei soll der Opfer-Anoden-Effekt beibehalten werden. Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden nicht beeinträchtigt wenn das Rippengrundmaterial Blei, Lithium, Strontium, Kalzium und Natrium jeweils in einer Menge von 0,1 % oder weniger enthält. Vanadin, Molybdän und Nickel können jeweils zum Rippengrundmaterial hinzugefügt werden in einer Menge von 0,3 % oder weniger um die Festigkeit anzuheben. Titan kann in das Rippengrundmaterial in einer Menge von 0,3 % oder weniger zugegeben werden für eine Kornfeinung der Gussstruktur. Bor kann ebenfalls in das Rippengrundmaterial in einer Menge von 0,1 % oder weniger zugegeben werden um das Auftreten einer Oxidation zu verhindern. Wenn man als Lötverfahren das Vakuumlöten einsetzt, kann Magnesium mit 0,5 % oder weniger hinzugefügt werden in das Rippengrundmaterial um die Festigkeit des Kernmaterial zu steigern.Indium, antimony and gallium can be added to the fin base material in an amount of 0.3% or less, respectively. These elements have the effect that the potential of the fin material becomes anodic, that is to say less noble, without the thermal conductivity of the fin material being significantly reduced. The sacrificial anode effect should be maintained. The effects of the present invention are not affected when the fin base material contains lead, lithium, strontium, calcium and sodium in an amount of 0.1% or less, respectively. Vanadium, molybdenum and nickel can each be added to the fin base material in an amount of 0.3% or less to increase the strength. Titanium can be added to the fin base material in an amount of 0.3% or less for grain refinement of the cast structure. Boron can also be added to the rib base material in an amount of 0.1% or less are added to prevent the occurrence of oxidation. If vacuum soldering is used as the soldering method, magnesium can be added in the base material of the ribs with 0.5% or less in order to increase the strength of the core material.
LotmetallSolder
Silizium im Lot senkt den Schmelzpunkt des Lotmaterials ab und verbessert die Fließfähigkeit des geschmolzenen Lotmaterials. Der Siliziumgehalt liegt vorzugsweise zwischen 6 und 13 %. Wenn Silizium in einem Gehalt von weniger als 6 % angewendet wird, liegen die beschriebenen Effekte in ungenügender Form vor. Bei einem Siliziumgehalt über 13 % steigt der Schmelzpunkt des Lotes stark an und die Verarbeitbarkeit während der Herstellung sinkt. Besonders bevorzugt liegt der Siliziumgehalt zwischen 7 und 11 %.Silicon in the solder lowers the melting point of the solder material and improves the flowability of the molten solder material. The silicon content is preferably between 6 and 13%. If Silicon in a content of less than 6% is used the effects described in insufficient form. At a Silicon content above The melting point of the solder rises 13% and the workability during the Manufacturing sinks. The silicon content is particularly preferably between 7 and 11%.
Ein Zinkgehalt im Lot lässt die Opfer-Anoden-Eigenschaften anwachsen. Der Zinkgehalt liegt vorzugsweise bei 0,5 bis 6 %. Wenn der Zinkgehalt unter 0,5 % liegt, ist der beschriebene Effekt ungenügend. Bei Zinkgehalten über 6 % nimmt die Verarbeitbarkeit während der Herstellung ab. Darüber hinaus wird das spontane Potential weiter anodisch (weniger edel) so dass eine Verstärkung des Selbstkorrosionswiderstandes erfolgt.A zinc content in the solder leaves that Victim anode properties grow. The zinc content is preferably at 0.5 to 6%. If the zinc content is below 0.5%, it is effect described insufficient. At zinc levels above 6% takes workability during manufacturing. About that in addition, the spontaneous potential becomes more anodic (less noble) so that reinforcement of self-corrosion resistance.
Die beschriebenen Effekte der vorliegenden Erfindung werden nicht beeinträchtigt wenn das Lotmaterial Chrom, Kupfer und Mangan jeweils in einem Gehalt von 0,3 % oder weniger enthält. Blei, Lithium und Kalzium sollten jeweils unter 0,1 % liegen um den Effekt der Erfindung nicht zu beeinträchtigen. 0,3 % oder weniger ist die Grenze für Titan und 0,1 % oder weniger für Bor Gehalte, die hinzugegeben werden können um das Lotmaterial in seiner Gussstruktur einer Kornfeinung zu unterwerfen. Strontium und Natrium können ebenfalls hinzugegeben werden zum Lotmaterial jeweils in einer Menge von 0,1 % oder weniger um die Siliziumpartikel im Lot zu feinen. Die Zugabe von Indium, Antimon und Gallium kann für das Lotmaterial vorteilhaft sein in einer Menge bis zu 0,1 % oder weniger um das Potential für die Verwendung als Opfer-Anode herabzusetzen. Eine Menge von 0,1 % oder weniger an Beryllium kann hinzugefügt werden zum Lotmaterial um das Aufwachsen eines oberflächlichen Oxidfilms zu verhindern. Eine Menge von 0,4 % oder weniger an Wismut kann ebenfalls zum Lotmaterial hinzugefügt werden um die Fließeigenschaften des Lotes zu verbessern.The described effects of the present Invention are not affected if the solder material contains chrome, copper and manganese each of 0.3% or less. Lead, lithium and calcium should each be below 0.1% not to affect the effect of the invention. 0.3% or less is the limit for Titanium and 0.1% or less for Boron levels that can be added to the solder material in to subject its cast structure to grain refinement. strontium and sodium can are also added to the solder material in a quantity of 0.1% or less to fine-tune the silicon particles in the solder. The addition of indium, antimony and gallium can be used for the solder material be advantageous in an amount up to 0.1% or less around that Potential for use as a sacrificial anode decrease. An amount of 0.1% or less of beryllium can added become solder material around the growth of a superficial To prevent oxide film. A 0.4% or less amount of bismuth can also be added to the solder material to improve the flow properties to improve the solder.
Bei hohen Gehalten an Eisen im Lotmaterial kann eine Selbstkorrosion auftreten. Deshalb wird der Eisengehalt vorzugsweise begrenzt auf 0,8 % oder weniger. Im Falle der Anwendung von Vakuumlöten sollte Magnesium in das Lotmaterial in einer Menge von 2,0 % oder weniger zugegeben werden. Bei der Anwendung des Lötens in inerter Atmosphäre unter Verwendung eines fluoridhaltigen Flussmittels wird der Magnesiumgehalt vorzugsweise begrenzt auf 0,5 % oder weniger da Magnesium die Lötbarkeit behindert.With high iron contents in the solder material self-corrosion can occur. That is why the iron content preferably limited to 0.8% or less. In case of application of vacuum soldering should magnesium in the solder material in an amount of 2.0% or be added less. When using soldering in inert atmosphere using a fluoride containing flux, the magnesium content preferably limited to 0.5% or less since magnesium has solderability with special needs.
Der Anteil der Plattierschichtdicke des Lotes auf dem Lotrippenmaterial beträgt vorzugsweise 3 bis 20 % im Durchschnitt auf einer Seite, wobei das Rippenmaterial eine Dicke von 80 μm (0,08 mm) oder weniger aufweist. Wenn die durchschnittliche Plattierschicht auf einer Seite weniger als 3 % des Lotrippenmaterials beträgt, wird die Plattierschichtdicke des Lotmaterials auf dem Kernmaterial zu gering, so dass ein einheitliches Plattierverhältnis nicht erreicht werden kann. Unter diesen Umständen ist es schwierig ein Rippenmaterial herzustellen, auf dem das Lotmetall aufplattiert ist. Wenn die durchschnittliche Plattierschichtdicke über 20 % liegt, bedeutet dies, dass die Menge an geschmolzenem Lotmetall überproportional ansteigt, so dass die Gefahr des Aufschmelzens des Kernmaterials besteht und dieses erodieren kann. Die Plattierung (das Verhältnis von Plattierschicht zu Gesamtdicke der Rippe) beträgt vorzugsweise 5 bis 15 %.The proportion of the cladding layer thickness of the solder on the solder fin material is preferably 3 to 20% average on one side, the rib material being a thickness of 80 μm (0.08 mm) or less. If the average plating layer is less than 3% of the solder fin material on one side the plating layer thickness of the solder material on the core material low, so that a uniform plating ratio cannot be achieved can. Under these circumstances it is difficult to make a fin material on which the solder metal is plated. If the average plating layer thickness is over 20% , this means that the amount of molten solder metal is disproportionate increases, so that the risk of melting of the core material exists and this can erode. The plating (the ratio of Plating layer to total thickness of the rib) is preferably 5 to 15%.
Nachfolgend wird die Herstellung des Aluminiumrippenmaterials für Wärmetauscher nach der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Im Falle einer Herstellung von blankem Rippenmaterial wird eine Aluminiumlegierung für das Rippengrundmaterial mit einer speziellen Zusammensetzung gegossen durch ein halbkontinuierliches Gießverfahren mit anschließender Homogenisierung nach konventioneller Methode. Das homogenisierte Produkt wird dann einem Heißwalzen, einer Zwischenerwärmung und einem Kaltwalzen oder einem Heißwalzen mit direkt anschließendem Kaltwalzen, einer Zwischenerwärmung und einem Kaltwalzen an Enddicke unterworfen um ein Walzmaterial herzustellen mit einer Dicke von 0,08 mm (80 μm) oder weniger. Das Walzband wird auf eine bestimmte Breite geschnitten und gewellt. Das gewellte Produkt wird mit einem Rohr zusammengefügt wobei das Rohr aus einem Lötblech geformt wird enthaltend eine Aluminium-Mangan-Legierung wie z. B. JIS3003-Legierung als Kernmaterial, auf das eine Aluminium-Silizium-Legierung als Lot (Außenseite) und eine JIS7072-Legierung (Innenseite) als Plattierschicht auf jede Seite des Kernmaterials aufgebracht wird und dies in eine Rohrform gebracht wird. Das gewellte Produkt und das Rohr werden durch Hartlöten miteinander verbunden um einen Wärmetauscherkern herzustellen.Below is the manufacture of aluminum rib material for heat exchangers described in detail according to the present invention. In the event of An aluminum alloy is used in the manufacture of bare rib material for the Rib base material cast with a special composition by a semi-continuous casting process with subsequent homogenization according to the conventional method. The homogenized product is then a hot rolling, an intermediate heating and cold rolling or hot rolling followed by cold rolling, an intermediate heating and subjected to cold rolling to final thickness around a rolling material to be made with a thickness of 0.08 mm (80 μm) or less. The rolled strip is cut to a certain width and curled. The curled Product is put together with a pipe, the pipe being made of one brazing sheet is formed containing an aluminum-manganese alloy such. B. JIS3003 alloy as the core material, on which an aluminum-silicon alloy as solder (outside) and a JIS7072 alloy (inside) as a plating layer each side of the core material is applied and this in a tube shape brought. The corrugated product and the tube are brazed together connected around a heat exchanger core manufacture.
Im Falle der Herstellung eines lötbaren Rippenmaterials wird eine Aluminium-Legierung für das Rippengrundmaterial (Kernmaterial) und eine Aluminium-Legierung für das Lotmaterial zusammengefügt wobei das Lotmaterial eine spezielle Zusammensetzung für die Herstellung einer guten Nahtlötverbindung mit dem Rippenmaterial aufweist.In the case of making a solderable fin material becomes an aluminum alloy for the rib base material (core material) and an aluminum alloy for the Soldered material put together the solder material being a special composition for manufacture a good seam solder joint with the rib material.
Beide Legierungen (Kernmaterial und Lotmaterial) werden durch ein halbkontinuierliches Gießverfahren mit anschließender Homogenisierung nach konventioneller Methode hergestellt. Das Lötmaterial wird anschließend heißgewalzt und auf das homogenisierte Kernmaterial aufplattiert. Both alloys (core material and Solder material) by a semi-continuous casting process with following Homogenization produced by conventional methods. The soldering material will then hot rolled and plated onto the homogenized core material.
Das resultierende Verbundmaterial wird einem Heißwalzen, einer Zwischenerwärmung und einem Kaltwalzen unterworfen oder einem Heißwalzen direkt gefolgt von einem Kaltwalzen, einer Zwischenerwärmung mit anschließendem Kaltwalzen an Enddicke um ein Walzmaterial mit einer Dicke von 0,08 mm (80 μm) oder weniger herzustellen. Das Walzmaterial wird besäumt und auf eine spezielle Breite gebracht und dann gewellt.The resulting composite material becomes a hot rolling, an intermediate heating and subjected to cold rolling or hot rolling directly followed by a cold rolling, an intermediate heating with subsequent cold rolling final thickness around a rolling material with a thickness of 0.08 mm (80 μm) or less manufacture. The rolled material is trimmed and on a special Broadened and then curled.
Die gewellten Produkte und die Fluid-Leitungs-Materialien (inneres Rohrmaterial) werden in Form einer abgeflachten Rohrleitung aus Aluminium-Mangan-Legierungen wie z. B. einer JIS3003-Legierung in abwechselnden Lagen übereinander geschichtet und durch einen Hartlötprozess verbunden um einen Wärmetauscherkern herzustellen.The corrugated products and the fluid pipe materials (inner pipe material) are in the form of a flattened pipe made of aluminum-manganese alloys such as B. a JIS3003 alloy in alternating layers one above the other layered and bonded around one by a brazing process heat exchanger core manufacture.
Nach der vorliegenden Erfindung hat das Aluminiumrippenmaterial vor dem Löten eine Faserstruktur und der Kristallkorndurchmesser der Struktur des Rippengrundmaterials nach dem Löten ist begrenzt auf 50 bis 250 μm, vorzugsweise 100 bis 200 μm. Diese strukturellen Eigenschaften können erhalten werden durch Steuerung der Herstellungsbedingungen bei den Produktionsschritten des Rippenmaterials. Beispielsweise wird die Faserstruktur des Rippengrundmaterials durch eine bestimmte Einstellungsmethode für die Glühtemperatur während des Herstellungsverfahrens des Rippenmaterials erreicht, wobei eine Glühtemperatur, die niedriger als die Kristallisationstemperatur der Aluminium-Legierung für das Rippengrundmaterial ist, eingestellt wird und wobei der Abwalzgrad beim Kaltwalzen innerhalb bestimmter Grenzen gehalten wird. Der Kristallkorndurchmesser der Struktur des Rippengrundmaterials wird begrenzt auf 50 bis 250 μm nach dem Löten, in dem ein besonderes Verfahren zur Einstellung der Verfahrensbedingungen beim Glühen und Kaltwalzen an Enddicke durchgeführt wird. Beispielsweise wird der Walzrohling bei Temperaturen von 450 bis 600°C für 3 Stunden oder mehr homogenisiert und danach heißgewalzt bei Temperaturen von 300 bis 500°C. Das Heißwalzprodukt wird mit einem Abwalzgrad von 90 % oder mehr kaltgewalzt, bei Temperaturen von 280°C oder weniger geglüht und anschließend kaltgewalzt mit einem Abwalzgrad von 5 bis 25 %. Die Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone auf der Oberfläche des Rippenmaterials und in der Mitte der Rippendicke wird nach dem Löten gesteuert durch ein Verfahren zur Einstellung der Heizzyklen für das Löten oder durch ähnliche Maßnahmen. Beispielsweise kann ein Verfahren zur Begrenzung der Zeit der Lötzyklen angewendet werden bestehend aus einem Aufheizen von 450°C oder mehr auf die Löttemperatur von über 600°C und einem Abkühlen auf die Vertestigungstemperatur des Lotmaterials während 15 Minuten oder weniger, vorzugsweise für 10 Minuten oder weniger.According to the present invention the aluminum fin material before soldering a fiber structure and the crystal grain diameter of the structure of the fin base material after soldering is limited to 50 to 250 μm, preferably 100 to 200 μm. These structural properties can be obtained by control the manufacturing conditions in the production steps of the fin material. For example, the fiber structure of the rib base material is through a certain setting method for the annealing temperature during the Manufacturing process of the rib material achieved, one annealing temperature, which is lower than the crystallization temperature of the aluminum alloy for the Rib base material is set, and the degree of rolling is kept within certain limits during cold rolling. The Crystal grain diameter of the structure of the rib base material is limited to 50 to 250 μm after soldering, in a special procedure for setting the process conditions when glowing and cold rolling to final thickness. For example the roll blank is homogenized at temperatures of 450 to 600 ° C for 3 hours or more and then hot rolled at temperatures from 300 to 500 ° C. The hot rolled product is cold rolled with a rolling degree of 90% or more, at temperatures of 280 ° C or less annealed and subsequently cold rolled with a rolling degree of 5 to 25%. The silicon concentration in the silicon solution zone on the surface of the rib material and in the middle of the rib thickness is after the Controlled soldering by a procedure for setting the heating cycles for soldering or through similar measures. For example, a method can be used to limit the time of the soldering cycles are used consisting of a heating of 450 ° C or more on the soldering temperature from above 600 ° C and a cooling to the temperature of the solder material during 15 Minutes or less, preferably 10 minutes or less.
BeispieleExamples
Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mehrere Beispiele und Vergleichsbeispiele angegeben. Diese Beispiele sollen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung erläutern und stellen zwar bevorzugte Anwendungsfälle dar, sollen aber nicht als Beschränkung des Erfindungsgedanken verstanden werden.To understand the present invention several examples and comparative examples are given below. These examples are intended to be the subject of the present invention explain and represent preferred use cases, but should not as a limitation of the inventive concept can be understood.
Beispiel 1example 1
Eine Aluminium-Legierung für ein Kernmaterial und eine Aluminium-Legierung für ein Lotmaterial mit einer Zusammensetzung wie in Tabelle 1 (Kombinationsnummern A bis Q) werden durch ein kontinuierliches Gießverfahren gegossen und homogenisiert nach den üblichen Bedingungen. Die Walzrohlinge der Aluminium-Legierungen für das Lotmaterial werden heißgewalzt und auf jede der Seiten des Walzausgangsmaterials bestehend aus Aluminium-Legierungen des Kernmaterials aufplattiert. Die resultierenden Produkte werden heißgewalzt, kaltgewalzt, geglüht und kalt and Enddicke gewalzt um eine Rippenplattierung (Temper H14) mit einer Dicke von 0,07 mm und einem Plattierverhältnis wie in Tabelle 1 dargestellt zu erhalten. Die Struktur des Kernmaterials und die Kristallkorngröße der rekristallisierten Struktur des Kernmaterials nach dem Aufheizen auf Löttemperatur werden durch die Einstellungen der Verfahrensbedingungen während des Glühens und des Kaltwalzens an Enddicke variiert.An aluminum alloy for a core material and an aluminum alloy for a solder material with a composition as in Table 1 (combination numbers A to Q) are poured and homogenized by a continuous casting process according to the usual Conditions. The rolled blanks of the aluminum alloys for the solder material are hot rolled and on each of the sides of the rolled stock consisting of Aluminum alloys of the core material plated. The resulting Products are hot rolled cold rolled, annealed and cold and final thickness rolled around a rib plating (temper H14) with a thickness of 0.07 mm and a plating ratio as get shown in Table 1. The structure of the core material and the crystal grain size of the recrystallized Structure of the core material after heating to soldering temperature are set by the process conditions during the glow and cold rolling varies in final thickness.
Das erhaltene Rippenmaterial wird gewellt und auf ein Rohrmaterial aufgebracht, das aus einer porösen abgeflachten Rohrform (50 Abschnitte) besteht und aus einem reinen Aluminium mit einer zinkbehandelten Oberfläche gebildet wurde. Die entstandenen Produkte werden mit einem Ausgleichsbehälter verbunden und einer Seitenplatte, die mit vorbereiteten Abschnitten zusammengesteckt wird. Nach dem Aufsprühen eines Fluorid-Flussmittels werden die Produkte in einer inerten Atmosphäre bei Temperaturen von 600°C (Maximaltemperatur) gelötet. Die Siliziumkonzentration im Siliziumlösungsbereich an der Oberfläche des Rippenmaterials und im Zentrum der Rippenmaterialdicke wird nach dem Löten variiert durch Einstellen der Aufheizzyklen während des Lötens.The rib material obtained is corrugated and applied to a tube material that is flattened from a porous Pipe shape (50 sections) consists of a pure aluminum with a zinc treated surface was formed. The resulting products are connected to an expansion tank and a side plate, which is put together with prepared sections becomes. After spraying a fluoride flux, the products are in an inert the atmosphere at temperatures of 600 ° C (Maximum temperature) soldered. The silicon concentration in the silicon solution area on the surface of the Rib material and in the center of the rib material thickness is after soldering varies by setting the heating cycles during soldering.
Die Testmaterialien mit der Kombinationsnummer A bis Q wurden untersucht für die Eignung als Struktur des Kernmaterials zum Löten, hinsichtlich des Korndurchmessers der Struktur des Kernmaterials nach dem Löten, hinsichtlich der Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone der Oberfläche des Rippenmaterials und im Zentrum der Materialdicke des Rippenmaterials nach dem Löten, hinsichtlich der Verbindungsrate und der Verbindungsqualität durch das Lötverfahren, hinsichtlich des Vorliegens einer Beulung in Folge eines Aufschmelzens an der Verbindungsstelle, hinsichtlich der interkristallinen Korrosion und des Lochfraßkorrosionswiderstandes des Röhrchenmaterials, das gemäß dem nachfolgenden Verfahren mit dem Rippenmaterial verbunden wurde. Die Ergebnisse der Beurteilung sind in Tabelle 2 zusammengefasst.The test materials with the combination numbers A to Q were examined for suitability as the structure of the core material for soldering, with regard to the grain diameter of the structure of the core material after soldering, with regard to the silicon concentration in the silicon solution zone of the surface of the fin material and in the center of the material thickness of the fin material after the soldering, regarding the connection rate and the connection quality by the soldering process, regarding the presence of a bump due to melting at the connection point, regarding the intergranular corrosion and the pitting corrosion resistance of the tube material, according to the following procedure the rib material was connected. The results of the assessment are summarized in Table 2.
Struktur des Kernmaterials vor dem LötenStructure of the core material before soldering
Die Beurteilung hinsichtlich der
Struktur des Kernmaterials hinsichtlich einer Rekristallisation
wurde anhand einer Oberflächenpolarisationsaufnahme
des Kernbereichs des Rippenmaterials vorgenommen. Zur Bestimmung
des Kristallkorndurchmessers der Struktur des Kernmaterials nach
dem Löten:
Eine
Oberflächenpolarisationsaufnahme
des Kernmaterials wurde zur Bestimmung der Anzahl der Kristallkörner angefertigt
und die Körner
anhand des Diagramms (Micrograph) gezählt. Daraus wurde ein Wert
gebildet durch Umwandlung der Anzahl der Kristallkörner in
einen äquivalenten
Kreisdurchmesser, der als Kristallkorndurchmesser verwendet wurde.The assessment of the structure of the core material with regard to recrystallization was carried out on the basis of a surface polarization image of the core region of the fin material. To determine the crystal grain diameter of the structure of the core material after soldering:
A surface polarization image of the core material was taken to determine the number of crystal grains and the grains were counted using the diagram (micrograph). From this, a value was formed by converting the number of crystal grains into an equivalent circular diameter, which was used as the crystal grain diameter.
Die Si-Konzentration im Si-Auflösungsbereich
an der Oberfläche
des Rippenmaterials und im Zentrum der Materialdicke der Rippen
nach dem Löten
wurde wie folgt bestimmt:
Es wurde eine Fläche ausgewählt in der keine Ausscheidungen
durch Ausfällung
oder Kristallisation vorlagen. Diese Auswahl erfolgte durch ein
Elektronenanalysegerät
(Electron-Probe-Microanalyser). Die Siliziumkonzentration wurde
mit einem Elektronenstrahldurchmesser von 1 μm gemessen und eine Durchschnittskonzentration
an fünf
Stellen kalkuliert.The Si concentration in the Si dissolution area on the surface of the fin material and in the center of the material thickness of the fin after soldering was determined as follows:
An area was selected in which there were no precipitations due to precipitation or crystallization. This selection was made using an electron analyzer (electron probe microanalyser). The silicon concentration was measured with an electron beam diameter of 1 μm and an average concentration was calculated at five points.
Verbindungsverhältnisconnection ratio
Nach dem Aufheizen auf Löttemperatur wurde ein Anschlag gegen die gewellten Rippen gepresst und so ein Bruch der Rippen herbeigeführt (nicht verbundene Bereiche wurden entfernt). Die Oberfläche des Röhrchens und die Verbindungsstelle an den Rippen wurde beurteilt. Die Anzahl der Rippen-Kanten, die nicht mit dem Röhrchen verbunden waren, wurden gezählt und daraus eine Verbindungsrate errechnet (Anzahl der nicht verbundenen Rippen-Ecken oder -Kanten/durch Gesamtanzahl der Rippen × 100 (%)).After heating up to soldering temperature a stop was pressed against the corrugated ribs and so on Broken ribs (unconnected areas have been removed). The surface of the tube and the joint at the ribs was evaluated. The number the rib edges that were not connected to the tube counted and from this a connection rate is calculated (number of not connected Rib corners or edges / by total number of ribs × 100 (%)).
Feststellung des Vorliegens oder
Nichtvorliegens von Beulungen an der Verbindungsstelle, hervorgerufen
durch Aufschmelzung:
Eine repräsentative Fläche im Verbindungsbereich
wurde ausgewählt
und mit Harz eingeschlossen. Dann wurde untersucht ob an der Verbindungsstelle
eine Beulung aufgrund von Aufschmelzung vorlag oder nicht.Determining the presence or absence of bulges at the connection point, caused by melting:
A representative area in the joint area was selected and enclosed with resin. Then it was examined whether or not there was a bulge due to melting at the connection point.
Interkristalliner KorrosionswiderstandIntergranular corrosion resistance
Ein Wärmetauscherkern, gebildet durch Verbindung der Rippe und der Röhrchen wurde einem SWAAT-Korrosionstest nach ASTM G85-85 für vier Wochen unterworfen. Es wurde dann die Bruchfestigkeit anhand eines Festigkeitstests beurteilt indem die Röhrchen am oberen und unteren Ende der Rippe eingespannt wurden. Die Durchschnittsfestigkeit wurde als Index für die Beurteilung des interkristallinen Korrosionswiderstandes des Rippenmaterials herangezogen.A heat exchanger core, formed by Connection of the rib and the tube was subjected to a SWAAT corrosion test according to ASTM G85-85 for four weeks subjected. The breaking strength was then determined using a strength test judged by the tubes were clamped at the top and bottom of the rib. The average strength was used as an index for the assessment of the intergranular corrosion resistance of the Rib material used.
Lochfraßkorrosionswiderstand des RöhrchenmaterialsPitting corrosion resistance of the tube material
Der Lochfraßkorrosionswiderstand des Röhrchenmaterials wurde dadurch beurteilt, dass die maximale Tiefe der Lochkorrosion festgestellt wurde, die im Röhrchen während des Korrosionstests auftrat.The pitting corrosion resistance of the tube material was judged by the maximum depth of pitting was found in the tube while the corrosion test occurred.
Wie aus Tabelle 2 zu ersehen, zeigen die erfindungsgemäßen Testmaterialien mit den Nummern 1 bis 17 hervorragende Verbindungseigenschaften beim Löten, wobei die Verbindungsrate an den Rippen 98 % oder mehr betrug. Sie zeigten auch keine Beulung an den Rippenverbindungsstellen. Darüber hinaus betrug die Durchschnittsfestigkeit der Rippe mehr als 50 MPa nach dem Korrosionstest. Schließlich wurde bei den erfindungsgemäßen Testmaterialien Nummer 1 bis 17 ein außergewöhnlich guter Lochfraßkorrosionswiderstand gemessen, bei dem die maximale Tiefe der Lochkorrosion im Röhrchen weniger als 0,1 mm betrug.As can be seen from Table 2, show the test materials according to the invention with the numbers 1 to 17 excellent connection properties when soldering, wherein the connection rate at the ribs was 98% or more. she also showed no bulge at the rib junctions. Furthermore the average strength of the rib was more than 50 MPa the corrosion test. Finally was in the test materials of the invention Number 1 to 17 an exceptionally good one Pitting corrosion resistance measured at which the maximum depth of pitting in the tube is less than 0.1 mm.
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Aluminium-Legierungen des Kernmaterials und Aluminium-Legierungen des Lotmaterials, jeweils mit einer Zusammensetzung wie in Tabelle 3 (Kombinationsnummern a bis o) wurden in einem kontinuierlichen Gießverfahren hergestellt und homogenisiert nach üblichen Methoden. Die Walzplatinen aus Aluminiumlegierungen des Lotmaterials wurden heißgewalzt und auf jede Seite des Aluminium-Legierungs-Kernmaterials aufplattiert. Das resultierende Produkt wurde heißgewalzt, kaltgewalzt, geglüht und an Enddicke gewalzt um ein Plattierrippenmaterial (Temper H14) zu erhalten, das eine Dicke von 0,07 mm und eine Plattierrate zeigte, wie in Tabelle 3 dargestellt. Die Struktur des Kernmaterials und die Kristallkorndurchmesser in der Rekristallisierungszone des Kernmaterials nach dem Aufheizen auf Löttemperatur wurde variiert durch Einstellung der Verfahrensbedingungen für das Glühen und das Kaltwalzen an Enddicke.Aluminum alloys of the core material and aluminum alloys of the solder material, each with a composition as in Table 3 (combination numbers a to o), were produced in a continuous casting process and homogenized by customary methods. The aluminum alloy rolling plates of the solder material were hot rolled and plated on each side of the aluminum alloy core material. The resulting product was hot rolled, cold rolled, annealed and rolled to a final thickness To obtain plating fin material (Temper H14) which showed a thickness of 0.07 mm and a plating rate as shown in Table 3. The structure of the core material and the crystal grain diameter in the recrystallization zone of the core material after heating to the soldering temperature was varied by adjusting the process conditions for the annealing and cold rolling to final thickness.
Das resultierende Rippenmaterial wurde gewellt und auf ein Rohrmaterial aufgebracht, das aus einem porösen abgeflachten Rohr (50 Abschnitte) aus reinem Aluminium bestand und mit einer Zinkoberflächenbehandlung wie in Beispiel 1 beschrieben versehen wurde. Die resultierenden Produkte wurden mit einem Ausgleichstank kombiniert und Seitenplatten versehen, die mit vormontierten Abschnitten ausgestattet waren. Dann wurden die Produkte mit einem Fluorid-Flussmittel besprüht und in einer inerten Atmosphäre bei 600°C (Maximaltemperatur) gelötet. Die Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone an der Oberfläche des Rippenmaterials und im Zentrum des Rippenquerschnittes nach dem Löten wurden variiert indem die Aufheizzyklen während des Lötens verändert wurden.The resulting rib material was corrugated and applied to a tube material that flattened from a porous Pipe (50 sections) made of pure aluminum and with a Zinc surface treatment was provided as described in Example 1. The resulting Products were combined with an expansion tank and side plates provided that were equipped with pre-assembled sections. Then the products were sprayed with a fluoride flux and in an inert atmosphere at 600 ° C (maximum temperature) soldered. The silicon concentration in the silicon solution zone on the surface of the Rib material and in the center of the rib cross-section after Were soldered varies by changing the heating cycles during soldering.
Die Versuchsmaterialien (Kombinationsnummern a bis o) wurden hinsichtlich der Struktur des Kernmaterials vor dem Löten sowie den folgenden Eigenschaften beurteilt: Kristallkorndurchmesser der Struktur des Kernmaterials nach dem Löten, Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone auf der Oberfläche des Rippenmaterials und im Zentrum des Rippenmaterialquerschnittes nach dem Löten, die Lötverbindungsrate, das Vorliegen oder Nichtvorliegen von Beulungen, hervorgerufen durch das Aufschmelzen an der Verbindungsstelle, der interkristalline Korrosionswiderstand und die Lochfraßkorrosion des Röhrchenmaterials an der Verbindungsstelle zum Rippenmaterial, nach demselben Verfahren wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Beurteilungen führten zu den in Tabelle 4 dargestellten Ergebnissen.The test materials (combination numbers a to o) have been proposed regarding the structure of the core material soldering as well as the following properties: crystal grain diameter the structure of the core material after soldering, silicon concentration in the silicon solution zone on the surface of the rib material and in the center of the rib material cross section after soldering, the solder connection rate, the Existence or absence of bumps caused by melting at the junction, the intergranular Corrosion resistance and pitting corrosion of the tube material at the connection point to the rib material, using the same procedure as described in Example 1. The assessments led to the results shown in Table 4.
Wie in Tabelle 4 dargestellt, zeigt das Testmaterial Nr. 18 eine hohe Siliziumkonzentration im Zentrum der Rippenmaterialdicke nach der Lötung und eine fortgeschrittene interkristalline Korrosion mit der Folge, dass die Rippen eine unzureichende Zugfestigkeit aufwiesen. Im Versuchsmaterial Nr. 19 wurden Brüche festgestellt, da die Plattierungsrate des Lotmetalls niedrig war. Die Brüche traten auf der Oberfläche des gewalzten Rippenmaterials auf, wodurch ein vollständig plattiertes Rippenmaterial nicht hergestellt werden konnte. Im Versuchsmaterial Nr. 20 und 21 wurden grobe Verbindungsausscheidungen festgestellt, die während des Gießens durch den hohen Mangangehalt und durch den hohen Chromgehalt im Kernmaterial hervorgerufen wurden. Hierdurch wurde die Walzbarkeit beeinträchtigt und als Ergebnis festgestellt, dass das Rippenmaterial nicht in verwertbarer Form hergestellt werden konnte.As shown in Table 4 shows the test material No. 18 has a high silicon concentration in the center of the Rib material thickness after soldering and advanced intergranular corrosion with the result that the ribs had insufficient tensile strength. In the test material Number 19 became breaks found that the plating rate of the solder metal was low. The breaks occurred on the surface of the rolled fin material, creating a fully clad Rib material could not be produced. In the test material No. 20 and 21 were found gross connection excretions, the while of casting due to the high manganese content and the high chromium content in the Nuclear material were caused. This made the rollability impaired and as a result found that the fin material is not in usable form could be produced.
Im Versuchsmaterial Nr. 22 wurde der Kristallkorndurchmesser des Kernmaterials nach dem Löten dadurch herabgesetzt, dass ein hoher Eisengehalt im Kernmaterial vorhanden war. Im Ergebnis führte dies dazu, dass die geschmolzenen Lotbestandteile an den Kristallkorngrenzen in das Kernmaterial eindrangen und dadurch eine Beulung auf den Rippen hervorriefen. Im Versuchsmaterial Nr. 23 wurden grobe Verbindungsausscheidungen während des Gießens hergestellt in Folge eines hohen Zirkongehaltes im Kernmaterial, wodurch die Walzbarkeit herabgesetzt wurde. Im Ergebnis konnte ein homogenes Rippenmaterial unter diesen Bedingungen nicht hergestellt werden. Beim Versuchsmaterial Nr. 24 traten wegen des hohen Siliziumgehalts im Kernmaterial Beulungen an der Lötverbindungsstelle auf in Folge eines lokalen Anschmelzens. Darüber hinaus wurden überschüssige geschmolzene Siliziummengen an den Kristallkorngrenzen des Kernmaterials abgeschieden, so dass die Zugfestigkeit aufgrund des Korrosionstestes als ungenügend beurteilt werden musste.In Test Material No. 22 was the crystal grain diameter of the core material after soldering reduced that there is a high iron content in the core material was. As a result this means that the molten solder components at the crystal grain boundaries penetrate into the core material and thereby a bulge on the Causing ribs. In test material No. 23 there were rough connection excretions while of casting produced as a result of a high zirconium content in the core material, whereby the rollability was reduced. As a result, a homogeneous rib material was not produced under these conditions become. Test material no. 24 occurred due to the high silicon content dents in the core material at the solder joint on in succession of local melting. About that in addition, excess melted Quantities of silicon deposited at the crystal grain boundaries of the core material, so that the tensile strength is judged to be insufficient due to the corrosion test had to become.
Im Versuchsmaterial Nr. 25 wurde das Kernmaterial erodiert weil die Menge an geschmolzenem Lotmetall in Folge einer hohen Plattierrate des Lotmetalls stark anstieg. Im Ergebnis wurde eine Beulung an der Verbindungsstelle festgestellt. Darüber hinaus trat interkristalline Korrosion in Folge des hohen Kupfergehaltes im Kernmaterial besonders häufig auf, wodurch die Zugfestigkeit des Rippenmaterials signifikant herabgesetzt wurde. Im Versuchsmaterial Nr. 26 war die Verbindungsrate nicht ausreichend, da die Menge an fließfähigem Lotmetall in Folge des niedrigen Siliziumgehalts im Kernmaterial ungenügend war. Im Ergebnis führte das dazu, dass der Korrosionstest nicht ausgeführt werden konnte. Beim Versuchsmaterial Nr. 27 brach das Plattiermaterial während des Walzens in Folge hohem Siliziumgehalt im Lotmetall. Außerdem war der Opfer-Anoden-Effekt ungenügend in Folge eines niedrigen Zinkgehalts im Kernmaterial, wodurch eine tiefe Lochfraßkorrosion im Rohrmaterial auftrat.In Test Material No. 25 the core material erodes because of the amount of molten solder rose sharply due to a high plating rate of the solder metal. As a result, a bump was found at the joint. About that Intergranular corrosion also occurred due to the high copper content in the Core material particularly often , whereby the tensile strength of the rib material was significantly reduced. In test material No. 26, the connection rate was not sufficient, because the amount of flowable solder metal due to the low silicon content in the core material was insufficient. As a result this means that the corrosion test could not be carried out. With the test material No. 27 broke the plating material in a row during rolling high silicon content in the solder metal. There was also the sacrificial anode effect insufficient due to a low zinc content in the core material, which results in a deep pitting corrosion occurred in the pipe material.
Da beim Versuchsmaterial Nr. 28 der Kristallkorndurchmesser des Kernmaterials nach dem Löten sehr groß war, wurde der Gefügezustand mit einer inneren Spannung, die während des Wellungsverfahrens erzeugt wurde, beibehalten bis hin zu hohen Temperaturen wodurch der Verformungsgrad der Rippe anstieg. Als Ergebnis wurde eine ungenügende Verbindungsqualität nach dem Löten festgestellt. Darüber hinaus trat interkristalline Korrosion vermehrt auf in Folge eines hohen Zinkgehaltes im Kernmaterial und die Zugfestigkeit der Rippe sank nach dem Korrosionstest deutlich ab. Im Versuchsmaterial Nr. 29 wurde die Rippenhöhe des Rippenmaterials während der Wellung stark verändert, da die Struktur des Kernmaterials vor dem Löten eine rekristallisierte Struktur aufwies, so dass die Verbindungsqualität beim Löten unzureichend war.Since test material no. 28 is the Crystal grain diameter of the core material after soldering was very large the structural state with an internal tension during the corrugation process was generated, maintained up to high temperatures the degree of deformation of the rib increased. As a result, poor connection quality after the Soldering noted. About that intercrystalline corrosion also occurred as a result of one high zinc content in the core material and the tensile strength of the rib dropped significantly after the corrosion test. In test material no. 29 became the rib height of the rib material during the curl changed a lot, because the structure of the core material recrystallized before soldering Had structure, so the connection quality was insufficient when soldering.
In den Versuchsmaterialien Nr. 30 und 31 war die Zugfestigkeit der Rippen nach dem Korrosionstest ungenügend, da die Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone an der Oberfläche des Rippenmaterials und im Zentrum des Rippenquerschnittes nach dem Löten ungeeignet war. Da die Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone im Zentrum der Rippendicke nach dem Löten beim Versuchsmaterial Nr. 32 sehr hoch lag, wurde eine unzureichende Zugfestigkeit des Rippenmaterials nach dem Korrosionstest festgestellt.In Test Materials Nos. 30 and 31, the tensile strength of the ribs after the corrosion test was insufficient because the silicon concentration in the silicon solution zone on the surface of the rib material and was unsuitable in the center of the rib cross-section after soldering. Since the silicon concentration in the silicon solution zone in the center of the fin thickness after the soldering was very high in the test material No. 32, an insufficient tensile strength of the fin material was found after the corrosion test.
Beispiel 2Example 2
Aluminium-Legierung mit einer Zusammensetzung wie in Tabelle 5 gezeigt (Legierungen Nr. 2A bis 2Q) wurden mit einem kontinuierlichen Gießverfahren hergestellt und nach üblichen Verfahren homogenisiert. Die homogenisierten Produkte wurden einem Heißwalzprozess unterworfen, gefolgt durch ein Kaltwalzen und einem Zwischenglühen und anschließendem Kaltwalzen an Enddicke um blankes Rippenmaterial (Temper H14) mit einer Dicke von 0,07 mm herzustellen. Die Struktur des Rippenmaterials und der Kristallkorndurchmesser der rekristallisierten Struktur des Rippenmaterials nach dem Aufheizen auf Löttemperatur wurde variiert durch Einstellung der Verfahrensbedingungen während des Glühens und des Kaltwalzens an Enddicke.Aluminum alloy with a composition as shown in Table 5 (Alloys Nos. 2A to 2Q) were included a continuous casting process manufactured and customary Process homogenized. The homogenized products were one Hot rolling process subjected, followed by cold rolling and intermediate annealing and followed by Cold rolling to final thickness around bare rib material (temper H14) a thickness of 0.07 mm. The structure of the rib material and the crystal grain diameter of the recrystallized structure the rib material after heating to the soldering temperature was varied by adjusting the process conditions during annealing and of cold rolling to final thickness.
Das resultierende Rippenmaterial (Versuchsmaterialien) wurde gewellt und auf ein Rohrmaterial aufgebracht (auf 50 Abschnitte) durch Walzformung eines Lötbleches (Dicke: 0,2 mm) umfassend eine 3003-Legierung als Kernmaterial, auf die eine Al-Si-10-Legierung als Lötmetall (Außenseite) mit einer Plattierungsrate von 10 % und eine 7072-Legierung (innere Opfer-Anode) mit einer Plattierungsrate von 20 % aufplattiert wurde auf jeweils eine Seite des Kernmaterials und das Lötblech in eine Rohrform gebracht wurde. Die resultierenden Produkte wurden mit einem Ausgleichstank kombiniert und mit einer Seitenplatte versehen, die aus vormontierten Abschnitten bestand. Nach dem Aufsprühen eines Fluorid-Flussmittels wurden die Produkte in einer inerten Atmosphäre bei 600°C (Maximaltemperatur) gelötet. Die Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone im Zentrum des Rippenmaterialquerschnittes wurde während des Lötens durch Einstellung der Aufheizzyklen verändert.The resulting rib material (Test materials) was corrugated and applied to a pipe material (on 50 sections) by roll forming a solder sheet (thickness: 0.2 mm) a 3003 alloy as the core material, on which an Al-Si-10 alloy as solder (Outside) with a plating rate of 10% and a 7072 alloy (inner Sacrificial anode) was plated at a plating rate of 20% one side of the core material and the soldering plate are brought into a tube shape has been. The resulting products were made with a surge tank combined and provided with a side plate made of pre-assembled Sections existed. After spraying a fluoride flux the products were soldered in an inert atmosphere at 600 ° C (maximum temperature). The Silicon concentration in the silicon solution zone in the center of the rib material cross section was during of soldering changed by setting the heating cycles.
Die Versuchsmaterialien wurden beurteilt nach der Struktur des Kernmaterials vor der Lötung, nach dem Kristallkorndurchmesser der Struktur des Kernmaterials nach dem Löten, nach der Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone im Zentrum der Rippenmaterialdicke nach dem Löten, nach dem Löt-Verbindungs-Verhältnis, nach der Beulung (vorhanden/nicht vorhanden) in Folge des Aufschmelzens an der Verbindungszone, dem interkristallinen Korrosionswiderstand, dem Lochfraßkorrosionswiderstand im Rohrmaterial das mit dem Rippenmaterial verbunden wurde nach dem selben Verfahren wie in Beispiel 1 angegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt.The test materials were assessed according to the structure of the core material before soldering, according to the crystal grain diameter the structure of the core material after soldering, after the silicon concentration in the silicon solution zone in the center of the fin material thickness after soldering, according to the solder connection ratio, after the bulge (present / not present) as a result of the melting at the connection zone, the intergranular corrosion resistance, the pitting corrosion resistance in the pipe material that was connected to the fin material the same procedure as given in Example 1. The results are shown in Table 6.
Wie in Tabelle 6 dargestellt zeigen die erfindungsgemäßen Versuchsmaterialien Nr. 33 bis 49 ausgezeichnete Verbindungsqualitäten während des Lötens wobei die Rippenverbindungsrate 98 % oder mehr betrug und wobei an der Rippenverbindungsstelle keine Beulung auftrat. Außerdem lag die durchschnittliche Zugfestigkeit der Rippe über 50 MPa nach dem Korrosionstest. Darüber hinaus zeigte das Versuchsmaterial Nr. 33 bis 49 einen außergewöhnlichen Lochfraßkorrosionswiderstand mit einer maximalen Lochfraßtiefe im Röhrchen von weniger als 0,1 mm.Show as shown in Table 6 the test materials according to the invention Nos. 33 to 49 excellent connection qualities during soldering with the rib connection rate Was 98% or more, with none at the rib joint Bulge occurred. Moreover the average tensile strength of the rib was over 50 MPa after the corrosion test. About that In addition, test material No. 33 to 49 showed an extraordinary Pitting corrosion resistance with a maximum pitting depth in the tube less than 0.1 mm.
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
Es wurden Aluminiumlegierungen mit einer Zusammensetzung gemäß Tabelle 7 (Legierungsnummern 2a bis 2o) mit einem kontinuierlichen Gießverfahren hergestellt und anschließend nach üblichem Verfahren homogenisiert. Die homogenisierten Produkte wurden einem Heißwalzprozess unterzogen gefolgt von einem Kaltwalzen mit Zwischenglühung und einem Kaltwalzen an Enddicke zur Herstellung von blankem Rippenmaterial (Temper H14) mit einer Dicke von 0,07 mm. Die Struktur des Rippenmaterials und der Kristallkorndurchmesser der rekristallisierten Struktur des Rippenmaterials nach Erreichen der Löttemperatur wurde variiert durch Einstellung der Bedingungen für das Glühen und das Kaltwalzen an Enddicke.There were aluminum alloys with a composition according to the table 7 (alloy numbers 2a to 2o) with a continuous casting process manufactured and then according to usual Process homogenized. The homogenized products were one Hot rolling process subjected to cold rolling with intermediate annealing and a cold rolling to final thickness for the production of bare fin material (Temper H14) with a thickness of 0.07 mm. The structure of the rib material and the crystal grain diameter of the recrystallized structure of the fin material after reaching the soldering temperature was varied by Setting the conditions for the glow and cold rolling to final thickness.
Die resultierenden Rippenmaterialien (Versuchsmaterialien) wurden gewellt und mit einem Röhrchenmaterial (50 Abschnitte) verbunden, hergestellt durch Walzen eines Lötbleches (Dicke: 0,2 mm) unter Verwendung einer 3003-Legierung als Kernmaterial, in der ein Al-Si-10-Legierungs-Lotmetall (Außenseite) mit einer Plattierrate von 10 % und eine 7072-Legierung (innere Opfer-Anode) mit einer Plattierungsrate von 20 % auf jede Seite des Kernmaterials aufplattiert wurde und in eine Röhrchenform gebracht wurde. Die resultierenden Produkte wurden mit einem Ausgleichstank verbunden und einer Seitenplatte bestehend aus vormontierten Abschnitten. Nach dem Aufsprühen eines Fluorid-Flussmittels wurden die Produkte in inerter Atmosphäre bei 600°C (Maximaltemperatur) gelötet. Die Si-Konzentration in der Si-Lösungszone im Zentrum des Rippenmaterialquerschnittes, gemessen nach der Lötung, wurde durch Einstellung der Aufheizzyklen während des Lötens verändert.The resulting rib materials (Test materials) were corrugated and with a tube material (50 sections) made by rolling a solder sheet (Thickness: 0.2 mm) using a 3003 alloy as the core material, in which an Al-Si-10 alloy solder metal (outside) with a plating rate of 10% and a 7072 alloy (inner sacrificial anode) with one 20% plating rate plated on each side of the core material and into a tube shape was brought. The resulting products were made with a surge tank connected and a side plate consisting of pre-assembled sections. After spraying of a fluoride flux, the products were placed in an inert atmosphere at 600 ° C (maximum temperature) soldered. The Si concentration in the Si solution zone in the center of the rib material cross-section, measured after soldering changed by setting the heating cycles during soldering.
Die Versuchsmaterialien wurden beurteilt nach der Struktur des Kernmaterials vor dem Löten, nach dem Kristallkorndurchmesser der Struktur des Kernmaterials nach dem Löten, nach der Siliziumkonzentration in der Siliziumlösungszone im Zentrum der Rippenmaterialdicke nach dem Löten, nach der Verbindungsrate beim Löten, nach dem Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Beulung durch Aufschmelzen an der Verbindungszone, nach dem interkristallinen Korrosionswiderstand und nach dem Lochfraßkorrosionswiderstand im Röhrchenmaterial, das an das Rippenmaterial gemäß dem im Beispiel 1 verwendeten Verfahren angeschlossen wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 dargestellt.The test materials were evaluated for the structure of the core material before soldering, for the crystal grain diameter of the structure of the core material after soldering, for the silicon concentration in the silicon solution zone at the center of the fin material thickness after soldering, for the connection rate during soldering, for the presence or absence of one Bulge by melting on the connection zone, after the intergranular corrosion resistance and after the pitting corrosion resistance in the tube material, which was connected to the fin material according to the method used in Example 1. The results are shown in Table 8.
Wie in Tabelle 8 dargestellt zeigte das Versuchsmaterial Nr. 50 eine ungenügende Festigkeit im Rippenmaterial in Folge eines niedrigen Mangangehaltes in dem Rippengrundmaterial. Dadurch wurde der Hochtemperatur-Beulwiderstand herabgesetzt auf einen Bereich, der als ungenügend zu bezeichnen war. Im Versuchsbeispiel Nr. 51 und 52 ergaben sich grobe Ausscheidungen während des Gießens in Folge eines hohen Mangangehaltes und hohem Chromgehaltes im Rippenmaterial. Dadurch wurde die Walzbarkeit herabgesetzt und in Folge dessen konnte ein homogenes Rippenmaterial nicht hergestellt werden.As shown in Table 8 Test material No. 50 has insufficient strength in the rib material due to a low manganese content in the rib base material. As a result, the high-temperature buckling resistance was reduced to an area that is considered insufficient was to be designated. In experimental example No. 51 and 52 resulted gross excretions during of casting as a result of a high manganese content and high chromium content in the rib material. As a result, the rollability was reduced and as a result could a homogeneous rib material cannot be produced.
Im Versuchsmaterial Nr. 53 wurde der Kristallkorndurchmesser des Rippenmaterials während des Lötens in Folge eines hohen Eisengehaltes im Rippengrundmaterial stark herabgesetzt. Als Folge davon konnte ein Anteil an geschmolzenem Lotmetall in die Kristallkorngrenzen des Rippenmaterials eindringen wodurch eine Beulung der Rippen auftrat. Im Versuchsmaterial Nr. 54 wurden grobe Ausscheidungen während des Gießens in Folge eines hohen Zirkongehaltes im Rippengrundmaterial produziert, wodurch die Walzbarkeit beeinträchtigt wurde. Deshalb konnte kein homogenes Rippenmaterial hergestellt werden. Da der Siliziumgehalt im Versuchsmaterial Nr. 55 im Rippenmaterial sehr hoch lag, trat Beulung in der Lötverbindung in Folge lokalen Aufschmelzens auf. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass erhebliche Mengen an geschmolzenem Silizium an den Kristallkorngrenzen des Rippenmaterials verfestigten, so dass die Zugfestigkeit nach einem interkristallinen Korrosionstest ungenügend war.In Test Material No. 53 the crystal grain diameter of the fin material during the soldering due to a high iron content in the rib base material reduced. As a result, a portion of the melted Penetrate solder metal into the crystal grain boundaries of the fin material causing the ribs to bulge. In test material no. 54 were gross excretions during of casting produced as a result of a high zirconium content in the base material, which affects the rollability has been. Therefore, no homogeneous rib material could be produced become. Because the silicon content in test material No. 55 in the rib material was very high, bulging occurred in the solder joint as a result of local melting on. About that It was also found that significant amounts of melted Solidified silicon at the crystal grain boundaries of the fin material, so that the tensile strength after an intergranular corrosion test insufficient was.
Im Versuchsmaterial Nr. 56 trat interkristalline Korrosion vermehrt auf in Folge eines hohen Kupfergehaltes im Rippenmaterial wodurch die Zugfestigkeit der Rippe signifikant herabgesetzt wurde. Im Versuchsmaterial Nr. 57 wurde der Opfer-Anoden-Effekt nicht mehr erfüllt in Folge niedrigem Zinkgehalt im Rippenmaterial wodurch eine tiefe Lochfraßkorrosion im Rohrmaterial auftrat. Im Versuchsmaterial Nr. 58 wurde ein Zustand mit innerer Spannung festgestellt, der während der Wellung beibehalten werden konnte bis auf ein hohes Temperaturniveau, wodurch der Deformationsgrad der Rippe anwuchs. Dies geschah in Folge eines sehr großen Kristallkorndurchmessers im Rippenmaterial nach dem Löten. Als Ergebnis zeigte sich eine unzureichende Löt-Verbindungsqualität. Darüber hinaus konnte eine interkristalline Korrosion vermehrt festgestellt werden, die in Folge eines hohen Zinkgehaltes in dem Rippenmaterial auftrat, wobei die Zugfestigkeit der Rippe nach dem Korrosionstest signifikant herabgesetzt wurde.In test material No. 56, intercrystalline Corrosion increases due to a high copper content in the rib material whereby the tensile strength of the rib was significantly reduced. In test material No. 57, the sacrificial anode effect no longer occurred Fulfills as a result of low zinc content in the rib material, resulting in a deep Pitting corrosion occurred in the pipe material. In test material No. 58, a condition was found with internal tension found, which is maintained during the corrugation could be up to a high temperature level, reducing the degree of deformation the rib grew. This was due to a very large crystal grain diameter in the fin material after soldering. As a result, the soldering connection quality was insufficient. In addition, an intergranular Corrosion is increasingly observed as a result of high Zinc content occurred in the fin material, the tensile strength the rib was significantly reduced after the corrosion test.
Im Versuchsmaterial Nr. 59 wurde die Schwankungsbreite der Rippenhöhe während der Wellung verstärkt und dadurch eine unzureichende Löt-Verbindungsqualität erreicht. Dies geschah in Folge einer rekristallisierten Struktur des Rippenmaterials vor dem Löten.In Test Material No. 59 the fluctuation range of the rib height increases during the corrugation and this results in an insufficient solder connection quality. This was due to a recrystallized structure of the rib material before soldering.
In den Versuchsmaterialien Nr. 60 bis 62 wurde die Zugfestigkeit der Rippen als unzureichend nach dem interkristallinen Korrosionstest angesehen. Als Grund wurde die hohe Siliziumkonzentration im Siliziumlösungsbereich im Zentrum des Rippenmaterialquerschnittes nach dem Löten festgestellt.In Test Materials No. 60 to 62 the tensile strength of the ribs was considered insufficient after the intergranular corrosion test viewed. The reason was the high silicon concentration in the silicon solution area in the center of the Rib material cross section determined after soldering.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden Aluminium-Legierungs-Rippenmaterialien für Wärmetauscher mit einer Dicke von 80 μm (0,08 mm) und exzellenten Verbindungseigenschaften für Rohrmaterialien und erhöhten interkristallinen Korrosionswiderstandswerten vorgeschlagen. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aluminium-Legierungs-Rippenmaterial für Wärmetauscher kann die Dicke des Rippenmaterials reduziert werden, so dass eine Gewichtsreduktion und eine erhöhte Lebensdauer der Wärmetauscher erwartet werden kann.In accordance with the present Invention aluminum alloy fin materials for heat exchangers with a thickness of 80 μm (0.08 mm) and excellent connection properties for pipe materials and increased Intergranular corrosion resistance values proposed. With the proposed according to the invention Aluminum alloy fin material for heat exchangers can be the thickness of the rib material can be reduced, so that a weight reduction and an increased Life of the heat exchanger can be expected.
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